KR20240051967A - 적층 제조에 사용하기 위한 단부캡을 포함하는 광섬유 - Google Patents

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KR20240051967A
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manufacturing system
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KR1020247008495A
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마누엘 조셉 레오나르도
마틴 씨. 펠드만
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벌컨폼즈 아이엔씨.
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Abstract

적층 제조를 위한 시스템 및 방법이 일반적으로 설명된다.　특정 양태에 따르면, 적층 제조 시스템의 광섬유에 광학적으로 결합되는 단부캡이 제공된다. 일부 양태에서, 단부캡 내에서 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키는 방법이 제공된다. 본 명세서에 설명된 단부캡은 적층 제조 시스템의 인터페이스를 통한 레이저 에너지의 전달로부터 초래될 수 있는 열 사이클을 적어도 부분적으로 완화시키기 위해 사용될 수 있다.

Description

적층 제조에 사용하기 위한 단부캡을 포함하는 광섬유
관련 출원
본 출원은 35 U.S.C. § 119(e)에 따라 2021년 8월 19일자로 출원되고 발명의 명칭이 "적층 제조에 사용하기 위한 단부캡을 포함하는 광섬유(OPTICAL FIBERS INCLUDING ENDCAPS FOR USE IN ADDITIVE MANUFACTURING)"인 미국 가출원 제63/234,816호에 대해 우선권을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술분야
적층 제조 시스템에서 레이저 에너지를 조작하기 위해 단부캡을 사용하는 시스템 및 방법이 일반적으로 설명된다.
분말 베드 융합 시스템과 같은 일부 적층 제조 시스템의 제조 속도 및 처리량은, 분말 재료가 융합될 수 있는 속도에 의해서 제한된다. 재료 융합 속도는, 시스템의 구축 부피 내의 분말 재료에 전달되는 총 파워, 그리고 분말 재료를 융합하기 위해서 사용되는 단위 질량당 에너지를 포함하는, 다수의 인자에 따라 달라진다. 일부 경우에, 예를 들어 구축 부피에 파워를 전달하기 위해서 하나 이상의 레이저 에너지 공급원을 활용하는 시스템에서, 복수의 레이저 에너지 공급원을 포함하는 것에 의해서 융합 속도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 분말 베드 융합 공정에서 분말을 동시에 융합시킬 수 있는 레이저 에너지 공급원의 수를 증가시키는 것에 의해서, 구축 부피에 전달되는 총 파워가 증가될 수 있고, 그에 따라 융합 속도가 증가될 수 있다.
본 개시내용의 주제는 일부 경우에, 상호 관련된 제품, 특정 문제에 대한 대안적인 해결책, 및/또는 하나 이상의 시스템 및/또는 물품의 복수의 상이한 사용을 포함한다.
일 양태에서, 적층 제조 시스템이 제공된다. 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템은, 레이저 에너지 공급원; 구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성되는 광학 장치 조립체; 및 레이저 에너지 공급원과 광학적으로 결합되는 광섬유; 및 광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 그와 광학적으로 결합되는 단부캡을 포함하고, 단부캡의 원위 표면의 표면적은 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 크며, 단부캡은 광학 장치 조립체와 광학적으로 결합된다.
다른 양태에서, 적층 제조 시스템이 제공된다. 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템은, 레이저 에너지 공급원; 구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해서 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광학 장치 조립체; 레이저 에너지 공급원과 광학적으로 결합되는 광섬유; 및 광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 그와 광학적으로 결합되는 단부캡으로서, 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키기 위해서 레이저 에너지 공급원으로부터 전달되는 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시키도록 구성된, 단부캡을 포함한다.
또 다른 양태에서, 적층 제조를 위한 방법이 제공된다. 일부 실시예에서, 적층 제조를 위한 방법은, 광섬유의 축방향 치수를 따라 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 전달하는 단계; 광섬유 상에 배치되고 광섬유와 광학적으로 결합되는 단부캡 내에서 전달된 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시키는 것에 의해서 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키는 단계, 및 구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해서 단부캡으로부터 구축 표면 상으로 레이저 에너지 출력을 지향시키는 단계를 포함한다.
다른 양태에서, 적층 제조를 위한 방법이 제공된다. 일부 실시예에서, 적층 제조를 위한 방법은, 복수의 레이저 에너지 공급원; 구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿의 어레이를 형성하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광학 장치 조립체; 복수의 레이저 에너지 공급원과 광학적으로 결합되는 복수의 광섬유; 및 각각의 광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 원위 단부와 광학적으로 결합되는 하나 이상의 단부캡을 포함하고, 하나 이상의 단부캡 중 각각의 단부캡은 그 위에 배치된 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 큰 원위 표면의 표면적을 갖고, 복수의 광섬유는 어레이를 형성한다.
본 개시내용의 다른 장점 및 신규한 특징은 첨부 도면과 함께 고려될 때, 개시내용의 다양한 비제한적인 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 명세서 및 참조로서 포함된 문헌이 상충하는 개시내용 및/또는 모순되는 개시내용을 포함하는 경우에, 본 명세서가 우선할 것이다.
본 개시내용의 비제한적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이고, 첨부 도면은 개략적이고, 달리 지시되지 않는 한 일정한 비율로 그려지도록 의도되지 않는다. 도면에서, 도시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 통상적으로 단일의 부호에 의해 표현되어 있다. 명료함을 위해서, 모든 도면에서 모든 구성요소가 표시되지는 않았고, 관련 기술 분야의 기술자가 개시 내용을 이해하는 데 예시가 필요하지 않은 경우, 개시내용의 각각의 실시예의 모든 구성요소가 도시되지도 않았다.
도 1은 특정 실시예에 따른, 레이저 에너지 공급원, 광섬유, 광학 장치 조립체, 및 구축 표면을 포함하는 적층 제조 시스템을 제시한다.
도 2는 특정 실시예에 따른, 레이저 에너지 공급원, 광섬유, 단부캡, 광학 장치 조립체, 및 구축 표면을 포함하는 적층 제조 시스템을 제시한다.
도 3a는 특정 실시예에 따른, 광섬유에 광학적으로 결합되는 예시적인 원통형 단부캡을 제시한다.
도 3b는 특정 실시예에 따른, 광섬유에 광학적으로 결합되는 예시적인 프리즘 단부캡을 제시한다.
도 3c는 특정 실시예에 따른, 2개의 광섬유에 광학적으로 결합되는 예시적인 단부캡을 제시한다.
도 3d는 특정 실시예에 따른, 광섬유에 광학적으로 결합되는 예시적인 마이크로렌즈 단부캡을 제시한다.
도 3e는 특정 실시예에 따른, 광섬유에 광학적으로 결합되는 예시적인 단부캡을 제시한다.
도 3f는 특정 실시예에 따른, 2개의 볼록 마이크로렌즈부를 포함하고 2개의 광섬유에 광학적으로 결합되는 예시적인 단부캡을 제시한다.
도 4a는 특정 실시예에 따른, 선형 어레이의 예시적인 정렬 고정구 및 예시적인 단부캡을 제시한다.
도 4b는 특정 실시예에 따른, 예시적인 정렬 고정구와 예시적인 단부캡을 2차원 어레이로 제시한다.
도 5는 특정 실시예에 따른, 광섬유 및 대응하는 단부캡이 내부에 위치되는 예시적인 정렬 고정구를 제시한다.
도 6은 특정 실시예에 따른, 광섬유 및 대응하는 단부캡이 내부에 위치되는 예시적인 정렬 고정구를 제시한다.
도 7은 특정 실시예에 따른, 광섬유 및 대응하는 단부캡이 내부에 위치되는 예시적인 정렬 고정구를 제시한다.
도 8은 특정 실시예에 따른, 예시적인 정렬 고정구 내의 단부캡과 광학적으로 결합되는 광섬유로부터 별개의 마이크로렌즈로의 레이저 에너지의 전달을 제시한다.
도 9는 특정 실시예에 따른, 예시적인 정렬 고정구 내의 단부캡과 광학적으로 결합되는 광섬유로부터 마이크로렌즈 어레이로의 레이저 에너지의 전달을 제시한다.
도 10은 특정 실시예에 따른, 예시적인 정렬 고정구 내의 단부캡과 광학적으로 결합되는 광섬유로부터 매크로렌즈로의 레이저 에너지의 전달을 제시한다.
본 발명자는, 레이저 에너지를 하나 이상의 레이저 에너지 공급원으로부터 구축 부피 내의 분말에 전달하기 위해서 다수의 광섬유를 활용하는 적층 제조 시스템이 추가적인 과제를 제시할 수 있다는 것을 이해하였다. 예를 들어, 광섬유의 출구 표면을 하류 광학 장치(예를 들어, 렌즈, 렌즈 어레이, 미러 등)에 대해서 정확하게 정렬시키는 것이 어려울 수 있다. 광섬유의 원위 표면은 또한, 광섬유의 각각을 통해서 전달되는 레이저 에너지의 일부의 산란, 역반사, 및/또는 흡수를 초래할 수 있는 인터페이스로서 작용한다. 따라서, 레이저 에너지 공급원이 큰 파워를 구축 표면으로 전달하도록 동작될 때, 이러한 인터페이스는 광섬유의 단부의 바람직하지 못한 가열뿐만 아니라 관련된 레이저 에너지 공급원(들)을 향한 레이저 에너지의 바람직하지 않은 역반사를 초래할 수 있다. 이는 레이저 공급원(들)에 대한 손상뿐만 아니라 적층 제조 공정 중에 레이저가 온(on) 및 오프(off) 상태 사이에서 반복적으로 순환될 때 광섬유의 원위 단부의 주기적인 가열 및 냉각을 초래할 수 있다. 추가적으로, 충분히 높은 파워 설정에서, 광섬유의 원위 단부의 이러한 가열은 심지어 광섬유의 용융을 초래할 수 있다.
본 발명자는 적층 제조 공정과 관련된 레이저 파워가 증가될 때, 위에서 언급된 문제가 더 현저해질 수 있음을 인식하였다.　따라서, 본 발명자는 적층 제조 시스템에 연결된 하나 이상의 광섬유의 원위 단부에 위치된 인터페이스로부터 방출되는 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키는 것과 관련된 수많은 장점을 인식하고 이해하였다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템은 레이저 에너지를 적층 제조 시스템에 제공하는 데 사용되는 하나 이상의 관련된 광섬유의 원위 단부에 광학적으로 그리고 물리적으로 결합되는 하나 이상의 단부캡을 포함할 수 있다. 단부캡은 단부캡이 없는 광섬유의 횡단면적에 비해 레이저 에너지의 증가된 전달 영역을 제공함으로써 단부캡의 원위 표면을 통한 전달 이전에 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 관련된 광섬유 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합된 단부캡은 단부캡에 결합된 하나 이상의 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 클 수 있는 표면적을 갖는 원위 표면을 가질 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 광섬유의 원위 단부의 표면적에 비해 증가된 단부캡의 원위 표면의 표면적은 하나 이상의 단부캡으로부터 전달되는 레이저 에너지의 파워 면적 밀도의 원하는 감소를 제공할 수 있다.
특정 실시예에 따라서, 시스템의 하나 이상의 광섬유와 관련된 단부캡은 전달된 레이저 에너지에 광학적으로 투명한 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다.　추가적으로, 일부 경우에, 단부캡은 관련된 광섬유와 동일한 재료일 수 있으며, 이는 광섬유와 연결된 단부캡 사이의 인터페이스에서의 산란을 회피하는 것을 도울 수 있다. 광섬유 및/또는 단부캡을 위한 적절한 재료는 용융 실리카, 용융 석영, 게르마늄 도핑 실리카, 사파이어, 희토류 도핑 용융 실리카, 및/또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수도 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예의 단부캡은 임의의 적절한 방식으로 관련된 광섬유에 광학적으로 그리고 물리적으로 연결될 수 있다.　그러나, 일부 실시예에서, 광섬유의 원위 단부를 관련된 단부캡에 융합시키는 것이 유리할 수 있다. 이는 단부캡과 광섬유의 인접한 부분을 용융 및 결합시켜 이들 구성요소 사이의 인터페이스를 제거할 수 있게 함으로써 달성될 수 있다. 이러한 인터페이스를 제거함으로써, 전달된 레이저 에너지의 산란 및 역반사가 감소될 수 있다. 광섬유 및 단부캡을 융합하기 위한 적절한 방법은 아크 융합, CO2 레이저, 광학 접촉 결합 및/또는 임의의 다른 적절한 융합 방법을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 물론, 예를 들어 매칭된 굴절률의 광학 접착제, 수산화물 결합, 및/또는 임의의 다른 적절한 유형의 연결을 포함하는, 광섬유와 단부캡 사이의 상이한 유형의 연결이 사용되는 실시예가 또한 고려된다.
아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 명세서의 다양한 실시예에서 설명되는 단부캡은 원하는 기능을 제공하기 위한 임의의 적절한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다.　예를 들어, 단부캡은 전달된 레이저 에너지가 마이크로렌즈와 같은 만곡된 원위 표면, 편평한 원위 표면, 또는 임의의 다른 적절한 형상의 원위 표면을 통해 전달되도록 구성될 수 있다. 렌즈로서 기능하도록 구성된 만곡된 원위 표면은, 특정 실시예에 따르면, 유리하게는 전달된 레이저 에너지를 형상화하는 것을 도울 수 있고, 광섬유를 거쳐 레이저 에너지 공급원으로 다시 반사되는 레이저 에너지의 부분을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 그러나, 본 개시내용은 이러한 방식으로 제한되지 않으므로, 위에서 언급된 것과 상이한 형상을 갖는 단부캡이 있는 실시예가 또한 고려된다.
특정 용례에 따라, 적층 제조 시스템은 임의의 적절한 수의 하나 이상의 단부캡 및 하나 이상의 대응하는 광섬유를 포함할 수 있다.　예를 들어, 일부 실시예에서, 단부캡 각각은 하나 또는 복수의 광섬유(예를 들어, 적어도 2개의 광섬유)의 별개의 광섬유의 원위 단부와 광학적으로 결합될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 각각의 단부캡은 각각의 그룹이 복수의 광섬유를 포함하는 별개의 그룹의 광섬유의 원위 단부와 결합될 수 있다.　물론, 위의 배열의 조합이 사용되는 실시예가 또한 고려된다.　이들 구성의 특정 구현은 이하에 더 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 적층 제조 시스템은 레이저 에너지 공급원(예를 들어, 복수의 레이저 에너지 공급원), 및 레이저 에너지 공급원(예를 들어, 복수의 레이저 에너지 공급원)으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광학 장치 조립체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 하나 이상의 단부캡은 위에서 언급한 바와 같이 하나 이상의 레이저 에너지 공급원 및 하나 이상의 관련된 광섬유에 광학적으로 결합된다.　대응하여, 하나 이상의 단부캡은 임의의 적절한 방식으로 적층 제조 시스템의 광학 장치 조립체와 광학적으로 결합될 수 있다. 그러한 실시예에서, 단부캡 또는 단부캡들로부터 출력된 레이저 에너지는 광학 장치 조립체의 하나 이상의 개재하는 광학 구성요소(예를 들어, 렌즈, 광섬유, 갈보-스캐너(galvo-scanners), 렌즈 어레이 등)를 통해 구축 표면 상으로 지향되어 구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성할 수 있다. 구축 표면 상의 분말 재료에 대한 레이저 에너지의 노출을 이용하여 분말의 적어도 일부를 융합시켜 구축 표면 상에 원하는 지오메트리를 형성할 수 있다. 일부 경우에, 광학 장치 조립체는 각각의 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지로부터 구축 표면 상에서 레이저 에너지 스폿의 어레이를 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 장치 조립체는 어레이 내에 하나 이상의 대응하는 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해 각각의 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 지향하도록 구성될 수도 있다. 특정 실시예에 따라, 레이저 스폿의 어레이는 선형 어레이일 수 있다. 그러나, 특정 실시예에 따라, 레이저 스폿의 어레이는 2차원적인 어레이일 수 있다. 추가적으로, 개시내용이 이러한 방식으로 제한되지 않기 때문에, 단일 레이저 에너지 스폿만이 사용되는 적층 제조 시스템이 또한 고려된다.
적층 제조 시스템에 대한 레이저의 연결을 용이하게 하기 위해, 하나 이상의 광섬유 커넥터가 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 시스템은 (예를 들어, 복수의 레이저 에너지 공급원 및 광학 장치 조립체 중의) 하나의 또는 복수의 레이저 에너지 공급원에 결합되는 광섬유 커넥터를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광섬유 또는 제1 복수의 광섬유는 하나 이상의 대응하는 레이저 에너지 공급원에 광학적으로 결합되고 광섬유 커넥터로 연장하고 연결될 수도 있다. 추가적으로, 제2 광섬유 또는 제2 복수의 광섬유는 광섬유 커넥터로부터 제2 복수의 광섬유가 광학적으로 결합될 수도 있는 광학 장치 조립체로 연장될 수도 있다. 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, 광섬유 커넥터는 하나 이상의 제2 광섬유가 광섬유 커넥터 내에서 하나 이상의 제1 광섬유의 대응하는 광섬유에 광학적으로 결합될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 에너지 공급원 또는 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지는 제1 광섬유 또는 제1 복수의 광섬유를 통해서 광섬유 커넥터로, 그리고 후속적으로 제2 광섬유 또는 제2 복수의 광섬유를 통해서 광학 장치 조립체로 전달될 수 있고, 그에 따라 레이저 에너지가 구축 표면으로 전달될 수 있다. 특정 실시예에 따라서, 광섬유 커넥터가 고정식 또는 이동식 광학 장치 조립체에 연결될 수 있다. 어느 경우에나, 개시된 광섬유 및 관련된 단부캡은, 시스템을 통해 전달되는 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키는 것이 바람직할 수 있는 레이저 공급원과 광학 장치 조립체 사이의 임의의 인터페이스에 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 별개의 광섬유와 광학 장치 조립체를 갖는 광섬유 사이의 위에서 언급한 연결 중 하나 또는 모두를 포함할 수도 있다. 따라서, 개시된 광섬유 및 관련된 단부캡의 사용은 본 명세서에 설명된 특정 구성 및 실시예로만 제한되지 않음을 이해해야 한다.　
본 명세서에서 설명된 여러 실시예에서, 레이저 에너지는 하나 이상의 독립적으로 제어 가능한 레이저 에너지 공급원에 의해서 생성될 수 있고, 레이저 에너지 공급원과 관련된 하나 이상의 별개의 광섬유를 통해서 레이저 에너지를 광학 장치 조립체로 전달하도록 동작된다. 예를 들어, 솔리드-코어(solid-core) 광섬유를 포함하는 임의의 적절한 유형의 광섬유가 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 그러나, 다른 실시예에서, 하나 이상의 광섬유는 단일 광섬유를 형성하도록 함께 접합된 섬유 세그먼트를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 광학 커넥터를 사용하여 2개의 섬유의 단부를 함께 결합함으로써 단일 광섬유 경로가 생성될 수도 있다.
특정 광섬유 구성에 관계없이, 적층 제조 시스템의 하나 이상의 레이저 에너지 공급원에 광학적으로 연결되는 각각의 광섬유는 적층 제조 시스템의 광학 장치 조립체로 적절하게 라우팅(routing)되어 그와 광학적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 광섬유의 원위 단부는 광섬유의 단부캡이 적절하게 정렬되는 것을 보장하는 장착 고정구(예를 들어, 섬유 홀더) 내에 수용되는 단부캡 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에 따라, 적층 제조 시스템이 복수의 광섬유를 포함하는 경우, 광섬유의 원위 단부 부분은 서로 평행하게 배향될 수 있고, 단부캡의 원위 단부는 장착 고정구 내의 미리 결정된 축방향 위치에서 서로 정렬될 수 있다. 이는 장착 고정구 및 관련된 광섬유와, 시스템의 광학 조립체의 결합을 용이하게 할 수 있다. 시스템의 단부캡을 정렬하기 위한 특정 구성 및 특징은 이하의 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 광섬유는 적층 제조 시스템의 레이저 에너지 공급원(및/또는 복수의 레이저 에너지 공급원)과 광학 장치 조립체 사이에서 연장한다. 광섬유는, 특정 실시예에 따라, 레이저 에너지를 레이저 에너지 공급원으로부터 광섬유의 축방향 치수를 따라 전달하기 위해서 사용될 수 있다. 광섬유는 레이저 에너지 공급원 및/또는 광학 장치 조립체에 직접 연결될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에 따르면, 광섬유는 (예를 들어, 광섬유의 원위 단부에서) 광학 장치 조립체 및 (예를 들어, 광섬유의 근위 단부에서) 레이저 에너지 공급원 모두에 직접 연결된다. 일부 실시예에서, 광섬유는 광학 장치 조립체 또는 레이저 에너지 공급원에 직접적으로만 연결된다. 예를 들어, 특정 실시예에 따르면, 광섬유의 일 단부는 본 명세서에 설명된 바와 같이 광학 커넥터에 연결되고, 별개의 광섬유가 광학 장치 조립체에 연결된다. 또한 일부 실시예에서, 광섬유는 레이저 에너지 공급원이나 광학 장치 조립체 모두에 직접 연결된다. 이와 무관하게, 본 명세서에 개시된 광섬유 및 관련된 단부캡은 시스템을 통해 전달되는 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키는 것이 바람직할 수 있는, 레이저 에너지 공급원과 광학 장치 조립체 사이의 임의의 적절한 위치에 포함될 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 광섬유는 단일 광섬유일 수 있거나, 복수의 광섬유 중 하나일 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 실시예에 따른 복수의 광섬유는 대응하는 미리 결정된 위치 및 방향으로 정렬될 수 있다. 특히, 특정 실시예에 따르면, 광섬유는 본 명세서에 설명된 바와 같이 광학 장치 조립체에서 서로 축방향으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 광섬유는 복수의 광섬유와 관련된 단부캡의 원위 단부가 시스템 내의 원하는 축방향 위치의 미리 결정된 범위(즉, 공차) 내에 위치되도록 축방향으로 정렬될 수 있다. 광섬유는 또한 광섬유의 축방향에 대해 하나 이상의 횡방향으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 광섬유는 광섬유의 어레이 배열 내에서 광섬유의 폭 및/또는 두께 방향에 대해 서로 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 광섬유 및 단부캡은 선형 어레이로 정렬될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 광섬유 및 단부캡은 2차원 어레이로 정렬될 수 있다. 광섬유의 정렬은 특정 실시예에 따르면, 레이저 에너지 픽셀의 유리한 배열 및 하류 광학 장치에 대한 복수의 광섬유의 단부캡의 바람직한 위치설정을 초래할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 시스템 내에 광섬유 및/또는 관련된 단부캡의 단부를 정확하게 설치하고 위치시키는 것이 바람직할 수도 있다. 이에 따라, 일부 실시예에서, 시스템의 하나 이상의 광섬유는 정렬 고정구와 결합될 수도 있다. 예를 들어, 정렬 고정구는 광섬유 및 관련된 단부캡의 단부의 원하는 공간 분포 및/또는 방향을 정의할 수도 있다. 하나의 이러한 실시예에서, 정렬 고정구는 광섬유를 통해 진행하는 광이 원하는 전달 방향에 평행한 하나 이상의 경로를 따라 정렬 고정구를 빠져나갈 수 있도록, 각각의 광섬유를 평행한 방향으로 배향되도록 배향할 수도 있다. 이러한 바람직한 방향성을 향상시키기 위해, 일부 실시예에서, 정렬 고정구에 보유된 하나 이상의 광섬유와 관련된 하나 이상의 단부캡의 원위 표면은 정렬 고정구에 위치된 후에 광학적으로 연마될 수 있다. 정렬 고정구는 또한 하나 이상의 광섬유를 정렬 고정구의 폭 및/또는 두께에 대해 미리 결정된 위치에 정확하게 위치시키는 것을 용이하게 할 수도 있고, 여기서 폭 및 두께 방향은, 그 내부에 위치된 광섬유의 부분의 종방향 축에 평행한 정렬 고정구의 길이에 수직일 수도 있다. 특정 실시예에서, 정렬 고정구는 v-홈, 구멍, 광학 웨지, 광학 블록, 및/또는 광섬유 및/또는 단부캡이 그 안에 위치되고, 결합되거나, 그렇지 않으면 적절하게 위치되거나 맞물려 정렬 고정구가 광섬유 및/또는 단부캡을 적절하게 위치시키도록 구성될 수 있는 임의의 다른 적절한 정렬 특징부와 같은 복수의 정렬 특징부를 포함할 수 있다. 특정 실시예에 따라, 정렬 특징부는 정렬 고정구 내에 유지된 광섬유의 단부의 원하는 공간 분포를 정의하도록 임의의 적합한 방식으로 배열될 수도 있다.
일부 실시예에서, 구축 표면 상의 입사 레이저 스폿은 긴 치수 및 짧은 치수를 가지는 라인으로, 또는 어레이로 배열될 수 있다. 어느 경우든, 일부 양태에 따르면, 입사 레이저 에너지의 라인 또는 어레이는, 개별적으로 제어되는 각각의 파워 레벨을 가질 수 있는 서로 인접하게 배열된 다수의 개별적인 레이저 에너지 픽셀로 구성된다. 각각의 레이저 에너지 픽셀은 독립적으로 턴-온(turned-on) 또는 턴-오프(turned-off)될 수도 있고, 각각의 픽셀의 파워는 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서 라인의 장축에 주로 수직으로 스캐닝되는 결과적인 픽셀 기반의 라인 또는 어레이로 인해서, 전진 속도 및 픽셀 파워 밀도는, 전통적인 단일 스폿 레이저 선택적 용융 공정과 대략적으로 동일한 파워 및 속도 제한에 의해서 한정될 수 있다. 그러나, 서로에 바로 인접한 다수의 스폿이 있기 때문에, 유효 공정 속도는 단일 픽셀 속도의 대략 N배일 수 있고, 여기에서 N은 이용 가능한 픽셀의 개수이다. 또한, 각각의 픽셀이 개별적으로 턴 온 또는 턴 오프될 수 있기 때문에, 유효 부품 해상도 및 정확도는 단일 스폿 시스템에 비슷하게 유지된다. 시스템은 단일 픽셀만을 턴 온하는 것에 의해서, 또는 단일 단부캡과 단일 레이저 에너지 공급원 사이에서 연장되는 단일 광섬유에 의존하는 것에 의해서 단일 스폿 시스템으로서 동작될 수 있으나, 유효 시스템 속도는 단일 스폿 시스템과 실질적으로 동일할 것이다.
특정 실시예에 따라, 본 개시내용에 따른 적층 제조 시스템은 임의의 적합한 수의 레이저 에너지 공급원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 레이저 에너지 공급원의 수가 적어도 5, 적어도 10, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 500, 적어도 1,000, 적어도 1,500, 또는 그 초과일 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 에너지 공급원의 수가 2,000 미만, 1,500 미만, 1,000 미만, 500 미만, 100 미만, 50 미만, 또는 10 미만일 수 있다. 추가적으로, 위에서 언급한 범위의 조합이 적합할 수 있다. 본 개시내용은 이와 같이 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 초과 및 미만의 모두의 범위가 또한 고려된다.
추가적으로, 일부 실시예에서, 레이저 에너지 공급원(예를 들어, 복수의 레이저 에너지 공급원의 레이저 에너지 공급원)의 파워 출력이 약 50 W 내지 약 2,000 W(2 kW)일 수 있다. 예를 들어, 각각의 레이저 에너지 공급원에 대한 파워 출력이 약 100 W 내지 약 1.5 kW, 및/또는 약 500 W 내지 약 1 kW일 수 있다. 더욱이, 복수의 레이저 에너지 공급원의 총 파워 출력이 약 500 W(0.5 kW) 내지 약 4,000 kW일 수 있다.　예를 들어, 총 파워 출력이 약 1 kW 내지 약 2,000 kW, 및/또는 약 100 kW 내지 약 1,000 kW일 수 있다. 본 개시내용은 이와 같이 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 초과 및 미만의 모두의 범위가 또한 고려된다.
실시예에 따라서, 레이저 에너지 픽셀의 어레이(예를 들어, 라인 어레이 또는 2차원 어레이)는, 예를 들어 라인 어레이의 길이 치수(즉, 더 긴 치수)를 따라서를 포함하여, 어레이의 하나 이상의 축을 따라서 균일한 파워 밀도를 가질 수 있다. 다른 경우에, 어레이는, 각각의 픽셀의 관련된 레이저 에너지 공급원에 대해서 상이한 파워 출력 레벨을 설정함으로써, 어레이의 축들 중 어느 하나를 따라서 불균일한 파워 밀도를 가질 수 있다. 더욱이, 어레이의 외부 부분 상의 개별적인 픽셀은 더 짧은 길이 및/또는 폭을 갖는 어레이를 생성하기 위해 선택적으로 턴오프 또는 턴온될 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 에너지의 어레이 내의 다양한 픽셀의 파워 레벨이 적층 제조 공정 전체에 걸쳐 독립적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 다양한 픽셀이 어레이의 상이한 부분 내에 원하는 파워 밀도를 제공하도록 선택적으로 오프, 온 또는 중간 파워 레벨에서 동작될 수 있다.
본 개시내용의 일부 양태에 따라, 광섬유를 빠져 나간 후의 입사 레이저 빔의 광학 경로는 분말 표면 상에서 균일한 라인 형상을 획득하는데 있어서 중요할 수 있다. 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템의 광학 경로는 하나 이상의 대물 렌즈가 뒤따르는 하나 이상의 마이크로렌즈(예를 들어, 하나 이상의 마이크로렌즈 어레이)를 포함하는 렌즈 어레이를 포함한다. 일부 실시예에서, 독립적인 레이저 에너지 공급원으로부터의 빔은 광학 장치 조립체 내의 동일한 렌즈 어레이 및 동일한 대물 렌즈를 통과할 수 있다.
일반적으로, 레이저 에너지 공급원에 의해 생성된 레이저 에너지는 파워 면적 밀도를 갖는다.　일부 실시예에서, 광섬유를 통해 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도는 0.1 W/μm2 이상, 0.2 W/μm2 이상, 0.5 W/μm2 이상, 1 W/μm2 이상, 1.5 W/μm2 이상, 2 W/μm2 이상, 또는 그 초과이다. 일부 실시예에서, 광섬유를 통해서 전달되는 레이저 에너지의 파워 면적 밀도는 3 W/μm2 이하, 2 W/μm2 이하, 1.5 W/μm2 이하, 1 W/μm2 이하, 0.5 W/μm2 이하, 0.2 W/μm2 이하, 또는 그 미만이다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 광섬유를 통해 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도는 0.1 W/μm2 이상 및 3 W/μm2 이하이다.
광섬유의 원위 단부로부터 관련된 단부캡으로 전달되는 레이저 에너지의 파워 면적 밀도는 일부 실시예에서 단부캡 내의 전달된 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에 따르면, 파워 면적 밀도는 관련된 광섬유 내의 파워 면적 밀도에 비해 단부캡 내에서 적어도 1.1, 적어도 1.2, 적어도 1.5, 적어도 2, 적어도 2.5, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 10, 또는 적어도 15, 또는 그 이상의 인자만큼 감소된다. 파워 면적 밀도의 감소는 또한 관련된 광섬유 내의 파워 면적 밀도보다 50, 20, 15, 10 또는 5배 이하로 작을 수 있다. 위의 관점에서, 특정 실시예에서, 하나 이상의 하류 광학 장치를 향해 배향된 단부캡의 원위 표면적 같은 전달된 레이저 에너지의 전달 영역은, 관련된 광섬유의 횡단면적(예를 들어, 광섬유의 코어의 횡단면적)에 비해 단부캡 내에서 적어도 1.1, 적어도 1.2, 적어도 1.5, 적어도 2, 적어도 2.5, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 10 또는 적어도 15 또는 그 이상의 인자만큼 대응적으로 증가될 수 있다. 단부캡 내의 전달된 레이저 에너지의 전달 영역은 또한 관련된 광섬유의 전달 영역(예를 들어, 횡단면적)보다 50, 20, 15, 10 또는 5배 이하 더 클 수 있다.　예를 들어, 광섬유에 광학적으로 결합되는 단부캡 내의 파워 면적 밀도의 감소가 광섬유 내의 파워 면적 밀도의 1.1배 내지 50배 이하일 수 있다는 것을 포함하는 전술한 범위의 조합이 고려된다.　대응적으로, 단부캡 내의 전달 영역은 관련된 광섬유의 전달 영역보다 1.1배 내지 50배 더 크거나 같을 수 있다.　물론, 본 개시내용은 이와 같이 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 초과 및 미만의 모두의 범위가 또한 고려된다.
실시예에 따라서, 적층 제조 시스템은, 본 명세서에서 광학적 구성요소 또는 광학적 요소로 또한 지칭될 수 있는 상이한 광학 장치의 임의의 적절한 배열 및/또는 조합을 이용하여 구축 표면 상에서 픽셀의 라인 또는 어레이를 생성하기 위한, 광학 장치 조립체(예를 들어, 광학 장치 박스) 내에 배열된 광학 경로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 및/또는 렌즈 어레이의 세트가 관련된 하나 이상의 광섬유 및 단부캡에 대해서 광학 경로를 따라 하류에 직렬로 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 미러 또는 다수의 미러가 빔 전향 또는 절첩을 위해 하나 이상의 광섬유 및 단부캡으로부터 하류의 빔 경로에 추가될 수 있고, 그리고/또는 갈보-스캐너가 1축 분말 베드 스캐닝을 위해 빔 경로에 추가될 수 있다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 광학 장치 조립체로부터의 출력은 갈보-스캐너를 사용하여 분말 층을 향해서 지향될 수 있고, 갈보-스캐너는 이어서 렌즈 또는 렌즈 조립체를 통과하여 f-세타(f-theta) 또는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈와 같은 분말 층 상의 비-수직(non-perpendicular) 입사를 위한 빔 형상 왜곡을 최소화한다.
용례에 따라, 광학 장치 조립체의 출력은 갈보-스캐너를 사용하여 주 방향으로 스캐닝될 수 있고, 전체 광학 장치 조립체는 전동식 스테이지 액추에이터를 사용하여 주 방향에 수직인 보조 방향으로 스캐닝된다. 대안적으로, 광학 장치 조립체의 출력은 주 방향으로 갈보-스캐너를 사용하여 빠른 동작으로 스캐닝될 수 있는 반면, 광학 장치 박스는 직교 장착된 전동식 스테이지를 사용하여 주 방향 및 주 방향에 수직인 보조 방향 둘 모두로 느린 동작으로 스캐닝된다. 다른 실시예에서, 광학 장치 조립체로부터의 출력은 임의의 갈보-스캐너 스테이지 없이 전동식 스테이지 이동만을 사용하여 스캐닝될 수 있다. 추가 실시예에서, 광학 장치 조립체는, 광학 장치 조립체로부터 출력된 픽셀 어레이가 동작 스테이지에 대해 고정된 각도로 배향되어 양 스테이지가 픽셀 라인의 장축에 수직한 라인을 이동시키도록 작동될 수 있도록 장착될 수 있다. 대안적으로, 이는 광학 장치 조립체로부터의 출력을 갈보-스캐너를 사용하여 스캐닝함으로써 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 조립체로부터의 출력은 동작 중에 동작 스테이지에 대해 동적으로 회전될 수 있다. 대안적으로, 광학 장치 박스의 동적 회전이, 광학 장치 박스에 대해서 고정된 갈보-스캐너와 결합될 수 있다. 따라서, 위에서 언급한 실시예의 관점에서, 레이저 픽셀이 임의의 적절한 구성을 사용하여 구축 표면에 대해서 이동될 수 있다는 것을 이해하여야 하는데, 이는 개시내용이 이러한 방식으로 제한되지 않기 때문이다.
일부 경우에서, 시스템 내에 포함된 하나 이상의 단부캡의 원위 인터페이스, 즉 표면으로부터의 광의 반사를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.　따라서, 일부 실시예에서, 시스템의 단부캡은 반사 방지 코팅 또는 다른 원하는 코팅으로 적어도 부분적으로(예를 들어, 완전히) 코팅될 수도 있다. 반사 방지 코팅은 일부 실시예에서, 단부캡의 표면으로부터 레이저 에너지의 반사를 감소시킬 수 있다. 반사 방지 코팅은 스퍼터링(sputtering), 이온 빔 스퍼터링(ion beam sputtering), 이온 빔 마그네트론 스퍼터링(ion beam magnetron sputtering), 증발 방법, 및/또는 코팅을 투명 베이스 재료에 적용하기 위한 임의의 다른 적합한 방법을 사용하여 적용될 수 있다.　이는 레이저 에너지 공급원을 향한 레이저 에너지의 바람직하지 않은 반사를 감소시키면서, 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 유리하게 증가시킬 수 있다.
명확성을 위해, 광섬유를 통한 레이저 에너지의 전달이 전체에 걸쳐 일반적으로 설명된다.　그러나, 횡단면적, 횡방향 치수, 전달 면적, 파워 면적 밀도, 및/또는 레이저 에너지가 전달되는 광섬유의 부분과 관련된 임의의 다른 적절한 파라미터와 같은 다양한 파라미터와 관련하여, 이들 파라미터는 베어(bare) 광섬유 및/또는 레이저 에너지가 능동적으로 투과되는 광섬유의 부분, 예컨대 광섬유 코어 또는 코어를 둘러싸는 2차 광학 레이저 에너지 전달 클래딩(cladding)을 지칭한다는 것을 이해해야 한다. 대조적으로, 레이저 에너지를 능동적으로 전달하지 않는 임의의 둘러싸는 클래딩, 코팅, 또는 다른 재료가 개시된 범위 내에 포함되지 않을 수 있다.
도면으로 돌아가서, 특정 비제한적 실시예가 더 상세히 설명된다. 본 개시내용은 본 명세서에 설명된 특정 실시예에만 제한되는 것은 아니기 때문에, 이들 실시예에 대해 설명된 다양한 시스템, 구성요소, 특징 및 방법은 개별적으로 그리고/또는 임의의 원하는 조합으로 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 기계 인클로저(106) 내에 위치된 광학 장치 조립체(104)에 레이저 에너지를 전달하는 복수의 레이저 에너지 공급원(102)을 포함하는 적층 제조 시스템(100)의 일 실시예의 개략도이다. 예를 들어, 기계 인클로저는 적층 제조 공정이 실행될 수 있는 구축 부피를 정의할 수 있다. 특히, 광학 장치 조립체는 구축 표면 상의 분말 재료를 선택적으로 융합시키기 위해서 기계 인클로저 내에 배치된 구축 표면(110)을 향해서 레이저 에너지(108)를 지향시킬 수 있다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 광학 장치 조립체는, 레이저 에너지가 레이저 에너지 픽셀의 어레이로서 구축 표면 상으로 지향되도록, 레이저 에너지를 광학 장치 조립체 내에서 변환, 성형, 및/또는 지향시킬 수 있는 광학 장치 조립체 내의 광학 경로를 정의하는 복수의 광학 장치를 포함할 수 있다. 광학 장치 조립체는 제조 공정 중에 구축 표면(110)에 걸쳐 레이저 에너지(108)를 스캔하기 위해서 기계 인클로저(106) 내에서 이동될 수 있으나, 광학 장치 조립체가 구축 표면에 대해서 고정식인 실시예가 또한 고려된다.
적층 제조 시스템(100)은 레이저 에너지 공급원(102)과 광학 장치 조립체(104) 사이에 위치된 광섬유 커넥터(112)를 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1 복수의 광섬유(114)는 복수의 레이저 에너지 공급원(102)과 광섬유 커넥터(112) 사이에서 연장된다. 특히, 각각의 레이저 에너지 공급원(102)은 제1 복수의 광섬유(114)의 각각의 광섬유(116)를 통해 광섬유 커넥터(112)에 결합된다. 유사하게, 제2 복수의 광섬유(118)는 광섬유 커넥터(112)와 광학 장치 조립체(104) 사이에서 연장된다. 제1 복수의 광섬유(114)의 각각의 광섬유(116)는 광섬유 커넥터 내의 제2 복수의 광섬유(118)의 대응하는 광섬유(120)에 결합된다. 이러한 방식으로, 레이저 에너지(108)가 적층 제조 공정(즉, 구축 공정) 중에 구축 표면(110) 상으로 지향될 수 있도록, 레이저 에너지 공급원(102)의 각각으로부터의 레이저 에너지가 광학 장치 조립체(104)에 전달된다.
일부 경우에, 레이저 에너지 공급원(102) 및 광섬유 커넥터(112)가 기계 인클로저(106)에 대해서 고정식일 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 복수의 광섬유(114)의 광섬유(116)는 구축 공정 전반에 걸쳐 실질적으로 고정식으로 유지될 수 있으며, 이는 광섬유 및/또는 광섬유의 연결 또는 결합에 대한 응력의 인가를 회피하는 것을 도울 수 있고, 이는 광섬유의 파손으로 이어질 수 있다. 실시예에 따라, 제2 복수의 광섬유(118)의 광섬유(120)는 이동 가능한 광학 장치 조립체(104)에 대한 그 결합 덕분에 고정식 광섬유 커넥터(112)에 대해 이동 가능할 수 있다. 그러한 이동이 광섬유 및/또는 광섬유의 연결 또는 결합에 응력을 부여할 수 있지만, 본 명세서에서 설명된 양태는 광섬유(120)의 신속하고 단순한 교체를 용이하게 할 수 있다.
도 2는 적층 제조 시스템의 다른 실시예의 개략도이다. 도 1과 관련하여 위에서 논의된 실시예와 유사하게, 적층 제조 시스템(200)은 광섬유 커넥터(212)를 통해 기계 인클로저(206) 내의 광학 장치 조립체(204)에 결합된 복수의 레이저 에너지 공급원(202)을 포함한다. 제1 복수의 광섬유(214)는 레이저 에너지 공급원(202)과 광섬유 커넥터(212) 사이에서 연장되고, 제2 복수의 광섬유(218)는 광섬유 커넥터(212)와 광학 장치 조립체(204) 사이에서 연장된다. 특히, 제1 복수의 광섬유의 각각의 광섬유(216)는 레이저 에너지 공급원(202) 및 제2 복수의 광섬유(218)의 대응하는 광섬유(220)에 결합된다. 도시된 실시예에서, 광섬유(216)는 광섬유 커넥터(212) 내의 융합 스플라이스(222)를 통해 대응하는 광섬유(220)에 결합된다. 그러나, 커넥터 내에 위치된 광섬유가 본 명세서에 설명된 바와 같은 단부캡을 포함하는 실시예도 고려된다.
묘사된 실시예에서, 제2 복수의 광섬유(218)의 광섬유(220)는 제2 복수의 광섬유의 원위 단부 상에 배치된 하나 이상의 대응하는 단부캡(250)에 광학적으로 결합된다. 단부캡(250)은 시스템의 광학 장치 조립체(204)에 광학적으로 결합된다. 예를 들어, 광섬유 및 단부캡의 원하는 공간 분포를 정의하도록 구성된 정렬 고정구(224)가 레이저 에너지를 광학 조립체 내로 지향시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 정렬 고정구는 시스템 내에 광섬유 및 단부캡을 정확하게 위치시키기 위해 각각의 단부캡(250)이 위치되고 결합될 수 있는 복수의 v-홈 또는 구멍을 갖는 블록을 포함할 수 있다. 단부캡 및 정렬 고정구의 다른 실시예 및 예가 아래에서 더 논의된다.
정렬 고정구는 제2 복수의 광섬유(218)의 각각의 광섬유(220)를 광학 장치 조립체(204)의 하나 이상의 대응하는 광학 구성요소와 정렬시키는 데 사용될 수 있다. 결과적으로, 각각의 광섬유(220)(각각의 레이저 에너지 공급원(202)에 대응한다)에 대한 별개의 정렬 동작이 요구되지 않을 수 있으며, 이는 필요하거나 그렇지 않으면 요구되는 경우(예를 들어, 하나 이상의 광섬유(220)가 파손되는 경우) 제2 복수의 광섬유(218)의 신속한 교체를 용이하게 할 수 있다.
추가적으로, 도 2는 제2 복수의 광섬유(218) 및 관련된 단부캡(250)으로부터 하류에 광학적으로 결합되는 예시적인 광학 장치를 묘사한다. 레이저 에너지를 제2 복수의 광섬유(218)로부터 구축 표면(210) 상으로 지향시키기 위해서, 그리고 구축 표면 상에서 레이저 에너지(208)의 원하는 어레이를 형성하기 위해서, 다양한 광학 장치가 광학 장치 조립체 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 광학 장치 조립체는 렌즈(226, 228)(개별 렌즈, 렌즈 어레이, 및/또는 조합된 매크로렌즈일 수 있다), 미러(230), 및/또는 광학 장치 조립체 내에서 레이저 에너지를 성형 및 지향시킬 수 있는, 단부캡과 구축 표면 사이의 다양한 광학 경로를 따라 배치된 임의의 다른 적절한 유형의 광학 장치와 같은 빔 형성 광학 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 렌즈(226, 228)는 마이크로렌즈 어레이 및 대물 렌즈 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이는 각각의 광섬유(220)로부터의 레이저 에너지 출력을 시준하도록 그리고 레이저 에너지의 빔 형상을 변환하도록 배열될 수 있고, 대물 렌즈는 레이저 에너지의 조합된 어레이에 대한 초점 거리를 정의하도록 배열될 수 있고 마이크로렌즈 어레이로부터의 출력을 축소 또는 확대하는 역할을 할 수 있다. 일부 경우에, 이러한 축소 또는 확대를 사용하여, 구축 표면 상에 형성된 레이저 에너지의 어레이 내 레이저 에너지 픽셀의 간격을 조정할 수 있다. 예를 들어, 대물 렌즈는 인접한 픽셀 사이에 간격이 없도록 어레이를 축소하도록 배열될 수 있다. 더욱이, 본 개시내용이 구축 표면 상에 형성된 레이저 에너지(208)의 어레이 내의 레이저 에너지 픽셀의 임의의 특정 형상, 간격, 및/또는 배열로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 어레이는 레이저 에너지의 규칙적으로 간격을 둔 픽셀을 갖는 직사각형 어레이일 수 있거나, 픽셀 사이에 불균일한 간격을 갖는 불규칙한 형상일 수 있다.
본 명세서에 논의된 광섬유는 특정 실시예에 따라 횡방향 치수 및 축방향 치수를 갖는다. 일반적으로, 광섬유의 축방향 치수는 광섬유의 길이를 따라 연장된다. 일반적으로, 광섬유의 횡방향 치수는 축방향 치수에 수직인 섬유의 횡단면적 내에 놓인다. 특정 실시예에 따르면, 광섬유의 축방향 치수는 실질적으로(예를 들어, 100배, 1000배, 10,000배, 100,000배, 또는 100,000배 초과) 광섬유의 최대 횡방향 치수(예를 들어, 직경)보다 길 수 있다. 일부 실시예에서, 레이저 에너지는 광섬유의 축방향 치수를 따라 광섬유를 통해 전달된다. 예를 들어, 도 2에서, 레이저 에너지 공급원(202)으로부터 전달되는 레이저 에너지는 섬유(216)의 축방향 치수를 따라서 광섬유(216)를 통해서 전달된다. 일부 경우에, 광섬유 내 레이저 에너지의 전달 방향과 축방향 치수 사이의 각도는 3도 이하, 2도 이하, 1.5도 이하, 1도 이하, 0.5도 이하, 0.2도 이하, 또는 그 미만이다.
일부 경우에, 광섬유는 광섬유의 축방향에 수직인 최대 횡방향 치수(예를 들어, 직경)를 갖는다. 예를 들어, 특정 실시예에 따르면, 광섬유의 최대 횡방향 치수는 30 μm, 50 μm, 75 μm, 100 μm, 125 μm, 150 μm 이상이거나 그 초과이다.　특정 실시예에 따르면, 광섬유의 최대 횡방향 치수는 200 μm 이하, 175 μm 이하, 150 μm 이하, 125 μm 이하, 100 μm 이하, 75 μm 이하, 50 μm 이하, 또는 그 미만이다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 특정 실시예에 따르면, 광섬유의 최대 횡방향 치수는 30 μm 이상 및 200 μm 이하이다. 물론, 본 개시내용은 이와 같이 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 범위보다 크거나 작은 최대 횡방향 치수를 갖는 광섬유가 또한 고려된다.
특정 실시예에 따라서, 섬유는 코어를 포함하고, 그러한 코어를 통해서 레이저 에너지가 전달된다.　일부 경우에, 광섬유의 코어의 최대 횡방향 치수(예를 들어, 광섬유의 최대 코어 직경)는 5 μm, 10 μm, 20 μm, 25 μm, 35 μm, 40 μm 이상이거나 그 초과이다.　특정 실시예에 따르면, 광섬유의 코어의 최대 횡방향 치수는 60 μm, 55 μm, 50 μm, 45 μm, 40 μm, 35 μm 이하이거나 그 미만이다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 특정 실시예에 따르면, 광섬유의 최대 횡방향 치수는 5 μm 이상 및 60 μm 이하이다. 물론, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 초과 및 미만의 모두의 최대 횡방향 치수를 갖는 코어를 갖는 광섬유가 또한 고려된다.
코어의 횡방향 치수는 광섬유 내외로 광(예를 들어, 레이저 에너지)을 결합하는데 있어서 과제를 제시할 수 있는데, 이는 광섬유 내로 결합되는 광의 대부분이 섬유의 횡방향 치수(예를 들어, 코어 직경)보다 작은 스폿 상으로 집중될 필요가 있고, 광이 광섬유의 발산 각도보다 작은 발산 각도로 광섬유 내로 집중될 필요가 있기 때문이다. 이는 적층 제조 시스템 내의 광섬유의 정밀한 정렬을 필요로 할 수 있는데, 왜냐하면 광섬유의 코어 내로 적절하게 집중되지 않은 광이 코어를 둘러싸는 광섬유의 클래딩 내로 탈출할 수 있고, 이는 파워 전달 효율의 바람직하지 않은 손실 및/또는 광섬유의 가열로 이어질 수 있기 때문이다.
특정 실시예에 따르면, 광섬유의 코어를 빠져나가는 광의 발산 각도는 약 0.3도 내지 약 1.5도일 수 있다.　일부 실시예에서, 코어를 빠져나가는 광의 발산 각도는 0.2도 이상, 0.25도 이상, 0.3도 이상, 0.35도 이상, 0.4도 이상, 0.5도 이상, 또는 그 초과이다. 일부 실시예에서, 코어를 빠져나가는 광의 발산 각도는 2도 이하, 1.8도 이하, 1.5도 이하, 1.3도 이하, 1.1도 이하, 또는 그 미만이다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 코어를 빠져나가는 광의 발산 각도는 0.2도 이상 및 2도 이하이다. 물론, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 초과 및 미만의 모두의 발산 각도를 갖는 광섬유가 또한 고려된다.
도 3a 내지 도 3e는 특정 실시예에 따른, 적층 제조 시스템에 사용하기 위해 광섬유에 결합될 수 있는 상이한 형상을 갖는 예시적인 단부캡의 사시도를 제시한다. 그러나, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 레이저 에너지 전달을 위해 원하는 감소된 파워 면적 밀도를 제공하기 위한 임의의 적절한 크기 및/또는 형상을 갖는 단부캡이 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3a에서, 단부캡(250)은 광섬유(220)의 원위 단부(260) 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합되는 원통형 단부캡이다. 예를 들어, 광섬유(220)는 원위 단부(260)에서 단부캡(250)에 융합될 수 있다. 도 3a의 예에서, 단부캡(250)은 원통형 단부캡이다. 특정 실시예에 따르면, 원통형 단부캡은 관련된 광섬유의 정렬을 도울 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 원통형 단부캡은 아래에서 더 설명되는 바와 같이 정렬 고정구를 사용하여 더 쉽게 정렬될 수 있다.
도 3a에서, 단부캡(250)은 일부 실시예에서 원위 표면(262)을 더 포함한다. 단부캡의 원위 표면의 표면적은 광섬유의 횡단면적보다 클 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 제시된 바와 같이, 단부캡(250)의 원위 표면(262)은 광섬유(220)의 원위 단부(260)의 단면적보다 큰 표면적을 갖는다. 위에서 언급된 바와 같이, 이는 레이저 에너지 공급원으로부터 전달되는 단부캡 내의 레이저 에너지의 증가된 전달 영역을 제공할 수 있다. 예를 들어, 레이저 에너지 공급원으로부터 광섬유(220)를 통해 단부캡(250) 내로 전달되는 레이저 에너지는 단부캡(250) 내에서 발산하여, 레이저 에너지 전달의 전달 영역을 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 실시예에서, 광섬유는 25 μm2 이상, 50 μm2 이상, 100 μm2 이상, 200 μm2 이상, 500 μm2 이상, 1,000 μm2 이상, 2,000 μm2 이상, 5,000 μm2 이상, 10,000 μm2 이상, 또는 그 초과의 횡단면적을 가질 수도 있다.　일부 실시예에서, 횡단면적은 25,000 μm2 이하, 10,000 μm2 이하, 5,000 μm2 이하, 2,000 μm2 이하, 1,000 μm2 이하, 500 μm2 이하, 200 μm2 이하, 100 μm2 이하, 50 μm2 이하, 또는 그 미만일 수도 있다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 광섬유의 횡단면적은 25 μm2 이상 및 25,000 μm2 이하일 수도 있다. 물론, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 미만 및 초과의 모두의 영역이 또한 고려된다.
본 명세서에 설명된 다양한 실시예에서, 단부캡에 광학적으로 결합된 하류 광학 장치를 향해 배향된 단부캡의 원위 표면은 0.01 mm2 이상, 0.05 mm2 이상, 0.1 mm2 이상, 0.5 mm2 이상, 1 mm2 이상, 2 mm2 이상, 5 mm2 이상, 또는 그 초과의 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 단부캡의 원위 표면은 20 mm2 이하, 15 mm2 이하, 10 mm2 이하, 5 mm2 이하, 1 mm2 이하, 0.5 mm2 이하, 0.1 mm2 이하, 또는 그 미만의 표면적을 갖는다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 단부캡의 원위 표면은 0.01 mm2 이상 및 20 mm2 이하의 표면적을 갖는다. 물론, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 위에서 언급된 것들 미만 및 초과의 모두의 영역이 또한 고려된다.
본 명세서에 개시된 단부캡은 특정 실시예에 따라 최대 횡방향 치수(예를 들어, 단부캡 상에 배치된 광섬유의 원위 단부의 횡방향 치수에 평행하게 측정된 직경 또는 폭)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 단부캡의 최대 횡방향 치수는 125 μm 이상, 250 μm 이상, 500 μm 이상, 750 μm 이상, 1 mm 이상, 1.5 mm 이상, 또는 그 초과이다. 일부 실시예에서, 단부캡의 최대 횡방향 치수는 2 mm 이하, 1.5 mm 이하, 1 mm 이하, 750 μm 이하, 500 μm 이하, 250 μm 이하, 또는 그 미만이다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 단부캡의 최대 횡방향 치수는 125 μm 이상 2 mm 이하이다. 그러나, 위에서 언급한 것보다 큰 그리고 그보다 작은 최대 횡방향 치수가 또한 고려된다.
다양한 개시된 단부캡은 또한 임의의 적절한 길이(예를 들어, 단부캡 상에 배치된 광섬유의 원위 단부로부터 축방향으로 연장되는 길이)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 단부캡은 100 μm 이상, 200 μm 이상, 500 μm 이상, 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 그 초과의 길이를 갖는다. 일부 실시예에서, 단부캡은 5 mm 이하, 4 mm 이하, 3 mm 이하, 2 mm 이하, 1 mm 이하, 500 μm 이하, 또는 그 미만의 길이를 갖는다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 단부캡은 100 μm 이상 및 5 mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 물론, 위에서 언급된 것들 초과 및 미만의 모두의 길이가 또한 고려된다.
도 3b는 이 실시예에서, 광섬유(220)의 원위 단부 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합된 단부캡(250)이 프리즘인 것을 제외하고는, 도 3a와 유사한 단부캡을 갖는 광섬유의 다른 실시예를 묘사한다. 임의의 적절한 프리즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 프리즘은 직사각형 프리즘이다. 그러나, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 임의의 적절한 크기 및 형상의 프리즘이 사용될 수도 있다. 일부 실시예에서, 단부캡으로서 프리즘의 사용이 유리하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 프리즘은 어레이로의 단부캡의 정렬을 용이하게 할 수 있도록 테셀레이팅(tessellating)될 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 복수의 광섬유에 광학적으로 결합되는 하나 이상의 단부캡의 각각의 단부캡은 프리즘이다.
위의 실시예에서, 각각의 광섬유는 별개의 단부캡에 광학적으로 결합된다. 그러나, 일부 실시예에서, 복수의 광섬유 중 2개 이상의 광섬유가 단일 단부캡에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 2개 이상의 광섬유를 단부캡에 광학적으로 결합하는 것은, 예를 들어, 단부캡을 사용하여 2개 이상의 광섬유의 상대적인 위치를 강제함으로써, 광섬유의 정렬을 유리하게 단순화할 수 있다. 도 3c는 이러한 실시예를 제시한다. 묘사된 실시예에서, 2개의 광섬유(220)의 원위 단부(260)는 단부캡(250)에 결합된다. 단부캡(250)이 예시된 실시예에서 2개의 섬유에 결합되지만, 일부 실시예에서, 그러한 실시예에서 단부캡에 결합된 광섬유의 수는 2개, 적어도 5개, 적어도 10개 및/또는 임의의 다른 적절한 수의 광섬유일 수 있다. 일부 실시예에서, 단부캡에 결합되는 광섬유의 수는 50, 40, 30, 20, 10 이하 및/또는 임의의 다른 적절한 수의 광섬유일 수 있다. 이들 범위의 조합이 가능하다. 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템 내의 모든 광섬유는 단일 단부캡에 결합된다. 다른 실시예에서, 별개의 단부캡에 연결되는 다수의 그룹의 광섬유가 또한 사용될 수 있다.
도 3d는 특정 실시예에 따른, 광섬유(220)의 다른 예시적인 단부캡을 도시한다. 이 실시예에서, 단부캡(250)은 광섬유(220)의 원위 단부(260) 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합되는 마이크로렌즈(예를 들어, 볼록 마이크로렌즈)이다. 이 실시예에서, 단부캡은 광섬유(220)의 원위 단부(260)와 동일한 최대 횡방향 치수를 갖지만, 단부캡(250)의 원위 표면(262)의 표면적은 광섬유(220)의 원위 단부(260)의 단면적(예를 들어, 광섬유의 코어의 전달 영역)보다 크다. 이 실시예에서, 단부캡은 마이크로렌즈로서 기능할 수 있으며, 이는 전달된 레이저 에너지가 광섬유를 빠져나갈 때 이를 원하는 초점에 유리하게 집중시킬 수 있다. 이는, 광섬유의 하류에 배치된 마이크로렌즈 어레이 및 다른 광학 구성요소를 사용한 후속 포커싱의 필요성을 감소시킬 수 있다. 또한, 원위 표면(262)의 곡률은 관련된 레이저 공급원을 향한 상류 축방향으로의 레이저 에너지의 역반사를 감소시킬 수 있다. 이는 레이저 에너지 공급원에 도달하는 반사된 레이저 에너지의 부분을 유리하게 감소시킬 수 있다.
도 3d에 도시된 마이크로렌즈 단부캡은 광섬유와 동일한 최대 횡방향 치수를 가지며, 마이크로렌즈를 포함하는 단부캡의 다른 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 3e는 광섬유(220)의 원위 단부 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합되는 예시적인 단부캡(250)을 제시하며, 단부캡은 근위 원통형 부분 및 원위 볼록 마이크로렌즈부를 포함한다. 도 3a 내지 도 3d에 설명된 실시예와 마찬가지로, 단부캡(250)의 원위 볼록 마이크로렌즈부의 외부 표면인 단부캡(250)의 원위 표면(262)은, 광섬유(220)의 원위 단부(260)의 단면적보다 큰 표면적을 갖는다. 위와 유사하게, 그러한 구성은 전달된 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시키고 단부캡을 떠나는 전달된 레이저 에너지를 집중시킬 수 있다.
도 3f는 2개의 광섬유(220)의 원위 단부(260)가 단부캡(250)에 결합되는 실시예를 제시한다. 도 3f에서, 단부캡(250)은 단부캡의 본체가 다수의 광섬유에 광학적으로 결합되는 도 3b의 단부캡(250)과 유사하다.
그러나, 단부캡은 또한 도 3e에 도시된 바와 같이 단부캡(250)의 볼록 마이크로렌즈부와 유사한 2개의 볼록 마이크로렌즈부(264)을 포함하는 광섬유로부터 멀리 배향된 원위 표면(262)을 포함한다. 따라서, 일부 실시예에서, 단부캡은 각각의 마이크로렌즈부가 복수의 광섬유 중 대응하는 광섬유와 정렬되는 복수의 마이크로렌즈부를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 마이크로렌즈부는 개별적인 마이크로렌즈로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 마이크로렌즈부는 광섬유로부터 멀리 배향된 단부캡의 원위 표면을 따라 분포된 마이크로렌즈의 어레이를 형성할 수 있다. 하나의 비제한적인 예로서, 도 3f의 단부캡(250)은 2개의 볼록 마이크로렌즈부(264)을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 그러한 실시예에서 단부캡에 결합되는 볼록 마이크로렌즈부의 수는 2개, 적어도 5개, 적어도 10개, 적어도 20개 및/또는 임의의 다른 적절한 수의 볼록 마이크로렌즈부일 수 있다. 일부 실시예에서, 단부캡의 볼록 마이크로렌즈부의 수는 50, 40, 30, 20, 10 이하 및/또는 임의의 다른 적절한 수의 볼록 마이크로렌즈부다. 예를 들어, 대응하는 수의 광섬유와 정렬되는 2 내지 50개의 마이크로렌즈부가 그 위에 형성되어 있는 단부캡을 포함하여, 이들 범위의 조합이 가능하다. 위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템 내의 각각의 광섬유는 단일 볼록 마이크로렌즈부에 광학적으로 결합된다. 예를 들어, 도 3e의 광섬유(220)는 단부캡(250)의 원위 단부(262)에 의해 형성된 단부캡(250)의 볼록 마이크로렌즈부에 광학적으로 결합된다. 일부 실시예에서, 적층 제조 시스템 내의 모든 광섬유는 별개의 볼록 마이크로렌즈부에 결합된다. 예를 들어, 도 3f를 다시 참조하면, 각각의 광섬유(220)는 별개의 볼록 마이크로렌즈부에 광학적으로 결합된다.
도 3a 내지 도 3f는 가능한 단부캡 구조를 대표하지만, 이들은 비제한적이며, 임의의 적합한 단부캡 지오메트리가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 추가적으로, 상이한 유형의 단부캡의 조합이 단일 시스템 내에서 사용되는 실시예도 고려된다. 즉, 일부 실시예에서, 하나 이상의 단부캡의 각각의 단부캡은 블록, 실린더, 프리즘, 및 하나 이상의 관련된 광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 그에 광학적으로 결합되는 마이크로렌즈의 그룹으로부터 선택된다.
도 4a 및 도 4b는 특정 실시예에 따른 예시적인 정렬 고정구(224) 및 단부캡(250)의 정면도를 제시한다. 도 4a에 도시된 실시예에서, 정렬 고정구는 고정구의 제1 부분에 형성된 복수의 v-홈을 포함한다. v-홈의 각각은, 주어진 v-홈에 위치된 광섬유 및/또는 단부캡(250)이 관련된 v-홈의 내향 경사 표면에 대해 배치되도록 내향 경사진 2개의 대향 경사 표면을 포함한다. v-홈은 v-홈이 도면의 평면 내로 배향된 축방향으로 연장되도록 서로 평행할 수 있다. 이는 광섬유 및 단부캡을 원하는 전달 방향으로 정렬하는 것을 도울 수 있다. 추가적으로, v-홈의 폭 및 깊이 뿐만 아니라 광섬유 및/또는 단부캡의 대응하는 횡방향 치수를 적절하게 제어함으로써, 광섬유 및/또는 단부캡은 묘사된 도면의 평면 내로 연장하는 광섬유의 축방향 길이에 수직일 수도 있는 수평 및 수직 방향의 모두로 용이하게 위치될 수도 있다.
묘사된 실시예에서, 광섬유 및/또는 단부캡(250)은 v-홈이 형성되는 정렬 고정구의 제1 부분으로부터 대향하는 광섬유 및/또는 단부캡의 표면에 대해 배치되는 정렬 고정구(224)의 제2 부분에 의해 관련된 v-홈(280) 내에 유지될 수 있다.　정렬 고정구의 제1 및 제2 부분은 접착제, 체결구, 기계적 상호잠금(interlocking) 특징부, 용접, 및/또는 임의의 다른 적절한 유형의 연결을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 적절한 방식으로 서로 결합될 수 있다. 묘사된 실시예에서, v-홈은 정렬 고정구의 단일 부분에 형성되고, v-홈 내에 위치된 단부캡이 선형 어레이로 위치되도록 서로 균일하게 이격된다. 그러나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 정렬 고정구는 정렬 고정구의 다수의 부분에 형성된 v-홈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 세트의 광섬유 및/또는 단부캡이 정렬 고정구의 제1 부분에 형성된 제1 세트의 v-홈 내에 위치될 수 있다. 제1 세트의 광섬유 및/또는 단부캡은 그 사이에 배치된 제1 세트의 광섬유 및/또는 단부캡과 함께 그 위에 배치된 정렬 고정구의 제2 부분에 의해 제1 세트의 v-홈 내에 유지될 수 있다. 제2 세트의 v-홈은 그 내부에 배치된 제2 세트의 광섬유 및/또는 단부캡을 수용하기 위해 정렬 고정구의 제1 부분에 대향하는 정렬 고정구의 제2 부분에 형성될 수 있다. 이러한 층상 배열은 2차원 어레이 내에 원하는 개수의 열을 제공하기 위해 임의의 개수의 층에 대해 계속될 수 있다. 그러나, 묘사된 실시예에서, 정렬 고정구의 제3 부분은 제2 세트의 광섬유 및/또는 단부캡이 그 사이에 배치된 상태로 정렬 고정구의 제2 부분 상에 배치된다.
위 실시예에서, 단부캡은 정렬 고정구 내의 임의의 적절한 방향 및/또는 위치로 정렬될 수 있다.　예를 들어, 도 4a의 선형 어레이의 단부캡은 원하는 용례에 따라 규칙적으로 이격되거나 불규칙적으로 이격될 수 있다. 유사하게, 도 4b의 2차원 어레이는 다수의 규칙적으로 및/또는 불규칙적으로 이격된 광섬유 및/또는 단부캡을 포함할 수 있다. 2차원 어레이는 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 2차원 어레이는 정사각형 어레이, 직사각형 어레이, 육각형 어레이, 단사정계 어레이, 및/또는 임의의 다른 적절한 레이아웃일 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 복수의 광섬유는 하나 이상의 단부캡에 광학적으로 결합된다. 특정 용례에서, 하나 이상의 단부캡의 최원위 단부를 원하는 축방향 위치의 미리 결정된 범위 내에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이는 단부캡을 단부캡으로부터 하류에 위치된 다른 광학 장치에 대해 적절하게 위치시킬 수 있으며, 이는 적층 제조 시스템의 구축 표면 상으로 전달되는 레이저 에너지의 원하는 광학 특성 및/또는 제어를 제공할 수 있다. 일부 그러한 실시예에서, 하나 이상의 단부캡 각각의 원위 단부는 시스템 내의 미리 결정된 축방향 위치로부터 20 μm 이내, 15 μm 이내, 12 μm 이내, 10 μm 이내, 5 μm 이내, 2 μm 이내, 또는 임의의 다른 적절한 거리에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 단부캡의 길이의 균일성을 목표 길이의 미리 결정된 공차 내에서 유지하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 하나 이상의 단부캡의 길이에 대한 이러한 공차는 하나 이상의 단부캡의 최원위 표면의 축방향 위치의 전체 공차에 대해 위에서 언급한 범위와 동일하거나 그보다 작을 수 있다. 물론, 단부캡의 위치 설정 및 길이와 관련된 공차에 대한 범위가 위에서 언급되었지만, 본 개시내용이 이러한 방식으로 제한되지 않으므로, 위에서 언급된 것들보다 크고 작은 양쪽 모두의 임의의 적절한 공차가 또한 고려된다는 것이 이해되어야 한다.
도 5는 특정 실시예에 따른, 위에서 본, 2개의 단부캡(250) 및 대응하는 광섬유(220)를 갖는 정렬 고정구(224)의 부분의 예시를 제시한다.　이러한 실시예에서, 단부캡(250)은 v-홈(280) 내에 배치되고 그에 의해 지지된다. 일부 실시예에서, 광섬유는 또한 묘사되지 않은 단부캡과 관련된 v-홈과 정렬되는 별개의 대응하는 v-홈에 배치될 수 있으며, 이는 정렬 고정구 내에서 단부캡에 연결되는 광섬유의 부분을 지지하는 것을 도울 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 하나 이상의 단부캡의 원위 단부를 미리 결정된 축방향 위치에 대해 정확하게 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 일 실시예에서, 단부캡의 원위 표면(282)은, 정렬 고정구의 원위 부분 상에 배치되는 블록, 시트, 또는 편평한 근위 표면을 포함하는 다른 구조물과 같은, 하나 이상의 투명 구조물의 근위 표면에 대해 배치될 수 있다. 하나 이상의 투명 구조물의 근위 표면은, 하나 이상의 단부캡의 원위 단부를 이 표면에 대해 배치하는 것이 단부캡의 원위 단부를 미리 결정된 축방향 위치에서 서로 정확하고 용이하게 정렬시킬 수 있도록, 정확하게 위치될 수 있다.
다른 실시예에서, 미리 결정된 축방향 위치에서의 시스템의 하나 이상의 단부캡의 원위 단부의 정렬은 지지 구조에 대한 단부캡의 근위 표면(예를 들어, 광섬유를 통한 레이저 에너지의 전달 방향에 대해 상류 방향으로 배향된 단부캡의 표면)의 정합에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 단부캡(250)이 정렬 고정구(224)의 v-홈을 넘어 외측으로 연장하는 동안 묘사된 v-홈(280) 내에 광섬유(220)가 배치된 정렬 고정구(224)의 부분의 예시를 제시한다. 단부캡의 근위 표면(288)은 v-홈이 형성되는 정렬 고정구의 부분 또는 다른 적절한 구조물의 원위 배향 표면(286) 상에 배치될 수 있다. 이러한 지지 표면의 위치 및 균일성을 정확하게 제어함으로써, 미리 결정된 축방향 위치에서 단부캡의 원위 표면(282)을 서로 쉽고 정확하게 정렬하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 실시예에서, 하나 이상의 단부캡의 최원위 단부의 정렬은 또한 개별 단부캡의 길이의 상대적 균일성에 따라 달라질 수 있다.
도 7은 대응하는 v-홈(280)에 배치된 광섬유(220) 및 단부캡(250)을 갖는 정렬 고정구(224)의 부분의 또 다른 실시예를 제시한다. 위와 유사하게, 단부캡의 원위 표면(282)은 미리 결정된 축방향 위치에서 단부캡의 원위 단부를 서로 정렬시키도록 투명 구조물(284)의 근위 표면에 대해 배치될 수 있다. 그러나, 이 실시예에서, 단부캡은 투명 구조물에 형성된 대응하는 크기 및 형상의 리세스(recess)에 수용될 수 있다.
위 실시예에서, 특정 구조물 및 v-홈이 정렬 고정구 내에 광섬유 및 단부캡을 위치시키고 배향하기 위해 도시되어 있다.　그러나, 다른 적절한 유형의 정렬 특징부가 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 단부캡은 정렬 고정구의 대응하는 부분을 통해 부분적으로 또는 완전히 연장될 수 있는 하나 이상의 대응하는 구멍 내에 수용될 수 있다. 다른 적절한 유형의 정렬 특징부는 v-홈, 구멍, 광학 웨지 및 광학 블록을 포함할 수도 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다. 추가적으로, 본 개시내용은 이 방식으로 제한되는 것은 아니기 때문에, 이들 다양한 유형의 정렬 고정구의 단부캡은 위 실시예에 도시된 구성을 포함하는 임의의 적절한 구성뿐만 아니라 v-홈, 구멍, 광학 웨지, 광학 블록, 및/또는 단부캡의 원위 단부를 적절하게 위치시키는 것이 가능한 임의의 다른 정렬 특징부를 사용하여 원하는 축방향 위치와 정렬될 수도 있다.
도 8은 특정 실시예에 따른, 단부캡의 선형 어레이로부터 마이크로렌즈의 선형 어레이로의 레이저 에너지의 전달을 도시한다.　도 5 내지 도 7에서와 같이, 도 8은 특정 실시예에 따른, 위에서 본, 정렬 고정구(224), 단부캡(250), 및 광섬유(220)의 부분의 예시를 제시한다. 이 실시예에서, 그리고 도 5와 유사하게, 단부캡(250)은 v-홈(280) 내에 안착되고 투명 구조물(282)의 근위 표면(284)에 대해 정합되며, 그 결과 단부캡(250)의 최원위 단부는 원하는 축방향 위치와 정렬된다. 그러나, 하나 이상의 광섬유 및 단부캡 위치를 갖는 임의의 적절한 정렬 고정구가 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 단부캡(250)으로부터 전달된 레이저 에너지(208)는 단부캡의 어레이와 정렬되는, 어레이로 배열된 복수의 별개의 마이크로렌즈(276) 상으로 지향된다. 도 9는 도 8과 유사하다. 그러나, 이러한 실시예에서, 마이크로렌즈(276)는 개별 마이크로렌즈가 단일 구조로 형성되는 마이크로렌즈 어레이의 형태로 제공된다. 도 10은 도 8 내지 도 9와 유사하다. 그러나, 이러한 실시예에서, 하나 이상의 단부캡의 원위 표면으로부터 전달되는 레이저 에너지(208)는, 하나 이상의 단부캡으로부터 전달되는 레이저 에너지를 포커싱하기 위해서 사용될 수 있는 매크로렌즈(278) 상으로 지향된다.
위에서 언급한 실시예에서, 전달된 레이저 에너지는 마이크로렌즈 또는 매크로렌즈에 입사되는 것으로 묘사되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 이와 같이 제한되는 것은 아니기 때문에, 광섬유 및 관련된 단부캡으로부터 하류측에 위치된 광학 장치의 임의의 적절한 조합이 사용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 매크로렌즈 및 마이크로렌즈 모두가 서로 조합하여 그리고 광섬유 및 단부캡에 대한 하류 위치에서 사용될 수 있다. 따라서, 묘사된 실시예는 개시된 광섬유 및 단부캡의 사용을 임의의 특정한 시스템 구성으로 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
이하의 예는 본 개시내용의 특정 실시예를 도시하기 위한 것이나, 개시내용의 전체 범위를 예시하지 않는다.
본 개시내용의 몇몇 실시예가 본 명세서에서 설명되고 도시되었지만, 관련 기술분야의 기술자는, 본 명세서에서 설명된, 기능을 수행하기 위한 및/또는 결과 및 하나 이상의 장점을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 수 있을 것이고, 그러한 변형 및/또는 수정의 각각이 본 개시내용의 범위 내에 포함되는 것으로 간주된다. 더 일반적으로, 관련 기술분야의 기술자는 본 명세서에 설명된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성이 예시적인 것으로 의미되고, 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성이 본 개시내용의 교시가 사용되는 특정 용례 또는 용례들에 따라 달라질 것이라는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 관련 기술분야의 기술자는, 단지 일상적인 실험을 사용하여, 본 명세서에서 설명된 개시 내용의 특정 실시예에 대한 많은 균등물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 그러므로, 전술한 실시예가 단지 예로서 제시된 것이고, 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서, 개시내용이 구체적으로 설명되고 청구된 것과 달리 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 개시내용은 본 명세서에서 설명된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 및/또는 방법에 관한 것이다. 추가적으로, 2개 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 및/또는 방법의 임의의 조합은, 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 및/또는 방법이 상호간에 모순되지 않으면, 본 개시내용의 범위 내에 포함된다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같은 부정관사("a" 및 "an")는, 달리 명백하게 반대로 지시되지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같은 "및/또는"이라는 문구는 그렇게 결합된 요소 즉, 일부 경우에 결합적으로 존재하고 다른 경우에 분리적으로 존재하는 요소의 "어느 하나 또는 양자 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 달리 명백하게 지시되지 않는 한, 구체적으로 식별된 요소와 관련되든 관련되지 않든, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소 이외의 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, "포함하는"과 같은 개방형(open-ended) 언어와 함께 사용될 때, 일 실시예에서, (B 이외의 요소를 선택적으로 포함하는) B가 없는 A를; 다른 실시예에서, (A 이외의 요소를 선택적으로 포함하는) A가 없는 B를; 또 다른 실시예에서, (다른 요소를 선택적으로 포함하는) A 및 B 모두 등을 지칭할 수 있다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, "또는"은 위에서 정의된 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록 내의 항목들을 분리할 때, "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것으로, 즉 요소의 수 또는 목록 중 적어도 하나를 포함하지만 또한 하나 초과를 포함하는 것으로, 그리고 선택적으로, 추가적인 나열되지 않은 항목을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "~ 중 단지 하나" 또는 "~ 중 정확히 하나" 또는 청구범위에 사용될 때 "~로 구성되는" 같은 반대로 명백히 지시된 용어만이 요소의 수 또는 목록 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 지칭한다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "또는"이라는 용어는, "어느 하나", "~ 중 하나", "~ 중 단지 하나", 또는 "~ 중 정확히 하나"와 같은 배타적인 용어가 선행될 때, 배타적인 대안(즉, "하나 또는 다른 하나, 그러나 양자 모두는 아닌 것")을 지시하는 것으로만 해석되어야 할 것이다. "~로 본질적으로 구성되는"은, 청구범위에서 사용될 때, 특허법의 분야에서 사용되는 바와 같은 일반적인 의미를 가질 것이다.
본원의 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여 "적어도 하나"라는 문구는, 요소의 목록 내의 요소 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로, 그러나 요소의 목록 내에서 구체적으로 나열된 각각의 그리고 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함할 필요는 없고 요소의 목록 내의 요소의 임의의 조합을 배제할 필요는 없다. 이러한 정의는 또한, 구체적으로 식별된 해당 요소와 관련되든지 또는 관련되지 않든지 간에, "적어도 하나"라는 문구가 지칭하는 요소의 목록 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가 선택적으로 존재할 수 있다는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는, 동등하게는, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")가, 일 실시예에서, B가 존재하지 않는, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나의 A(그리고 선택적으로 B 이외의 요소를 포함); 다른 실시예에서, A가 존재하지 않는, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나의 B(그리고 선택적으로 A 이외의 요소를 포함); 또 다른 실시예에서, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나의 A, 및 선택적으로 하나 초과를 포함하는, 적어도 하나의 B(그리고 선택적으로 다른 요소를 포함) 등을 지칭할 수 있다.
일부 실시예는 그 다양한 예가 설명되어 있는 방법으로서 구현될 수도 있다.　방법의 일부로서 수행되는 행위는 임의의 적합한 방식으로 순서화될 수 있을 것이다.　따라서, 구체적으로 위에서 설명한 실시예에서 행위가 순차적으로 수행되는 것으로 도시되어 있음에도 불구하고, 설명된 것과 다른(예를 들어, 그보다 많거나 적은) 행위를 포함할 수 있고 및/또는 일부 행위를 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있는, 도시된 것과 다른 순서로 행위가 수행되는 실시예가 구성될 수 있다.
청구항 요소를 수식하기 위한 청구항에서 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수적 용어의 사용은, 그 자체로 다른 청구항 요소에 대한 하나의 청구항 요소의 임의의 우선순위, 우위, 또는 순서 또는 방법의 행위가 수행되는 시간적 순서를 의미하는 것이 아니고, 청구항 요소들을 구별하기 위해서 특정 명칭을 가지는 하나의 청구항 요소를 (서수적 용어의 사용을 제외하고) 동일한 명칭을 가지는 다른 요소로부터 구별하기 위한 라벨로서 단지 사용된다.
청구범위뿐만 아니라 위의 명세서에서도, "포함하는", "구비하는", "운반하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는" 등과 같은 모든 연결구는 개방형인 것으로, 즉 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 미국 특허청 특허 심사 절차 편람의 섹션 2111.03에 명시된 바와 같이, "~으로 이루어지는" 및 "~으로 필수적으로 이루어지는"이라는 연결구만이 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 연결구가 될 것이다.

Claims (25)

  1. 적층 제조 시스템이며,
    레이저 에너지 공급원;
    구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해서 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광학 장치 조립체;　
    레이저 에너지 공급원과 광학적으로 결합되는 광섬유; 및
    광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 그와 광학적으로 결합되는 단부캡;을 포함하고,
    단부캡의 원위 표면의 표면적은 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 크고, 단부캡은 광학 장치 조립체와 광학적으로 결합되는, 적층 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 단부캡은 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키기 위해 레이저 에너지 공급원으로부터 전달되는 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  3. 적층 제조 시스템이며,
    레이저 에너지 공급원;
    구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해서 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광학 장치 조립체;
    레이저 에너지 공급원과 광학적으로 결합되는 광섬유; 및
    광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 그와 광학적으로 결합되는 단부캡;을 포함하고,
    단부캡은 레이저 에너지 공급원으로부터 전달되는 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시켜 전달되는 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 단부캡의 원위 표면의 표면적은 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 큰, 적층 제조 시스템.
  5. 적층 제조를 위한 방법이며,
    광섬유의 축방향 치수를 따라 레이저 에너지 공급원으로부터 레이저 에너지를 전달하는 단계;
    광섬유 상에 배치되고 광섬유와 광학적으로 결합되는 단부캡 내에서 전달된 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시킴으로써 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키는 단계; 및
    구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿을 형성하기 위해 단부캡으로부터 구축 표면 상으로 레이저 에너지 출력을 지향시키는 단계;를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 단부캡의 원위 표면의 표면적은 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 큰, 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 단부캡으로부터 전달되는 레이저 에너지를 포커싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,　광섬유의 원위 단부는 단부캡과 융합되는, 방법 또는 적층 제조 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,　단부캡으로부터 하류에 배치되고 단부캡에 광학적으로 결합된 하나 이상의 렌즈를 더 포함하는, 방법 또는 적층 제조 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단부캡은 실린더, 프리즘, 및 마이크로렌즈의 그룹으로부터 선택되는, 방법 또는 적층 제조 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 단부캡은 다수의 마이크로렌즈부를 포함하는, 방법 또는 적층 제조 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,　단부캡의 원위 단부의 축방향 위치는 미리 결정된 축방향 위치의 20 μm 이내인, 방법 또는 적층 제조 시스템.
  13. 적층 제조 시스템이며,
    복수의 레이저 에너지 공급원;
    구축 표면 상에 레이저 에너지 스폿의 어레이를 형성하기 위해서 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터의 레이저 에너지를 구축 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광학 장치 조립체;
    복수의 레이저 에너지 공급원과 광학적으로 결합된 복수의 광섬유; 및
    각각의 광섬유의 원위 단부 상에 배치되고 그와 광학적으로 결합되는 하나 이상의 단부캡으로서, 하나 이상의 단부캡의 각각의 단부캡은 그 위에 배치된 광섬유의 원위 단부의 횡단면적보다 큰 원위 표면의 표면적을 가지며, 복수의 광섬유는 어레이를 형성하는, 단부캡;을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 하나 이상의 단부캡은, 전달된 레이저 에너지의 파워 면적 밀도를 감소시키기 위해 복수의 레이저 에너지 공급원으로부터 전달되는 레이저 에너지의 전달 영역을 증가시키도록 구성되는, 적층 제조 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 각각의 광섬유의 원위 단부는 하나 이상의 단부캡과 융합되는, 적층 제조 시스템.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 단부캡으로부터 하류에 배치되고 그에 광학적으로 결합된 하나 이상의 렌즈를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 단부캡을 위치시키고 배향시키도록 구성되는 정렬 고정구를 더 포함하는, 적층 제조 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 정렬 고정구는 v-홈을 포함하는, 적층 제조 시스템.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 어레이는 선형 어레이인, 적층 제조 시스템.
  20. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 어레이는 2차원 어레이인, 적층 제조 시스템.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 광섬유 중 2개 이상의 광섬유는 하나 이상의 단부캡 중 단일 단부캡에 광학적으로 결합되는, 적층 제조 시스템.
  22. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 광섬유 중 각각의 광섬유는 하나 이상의 단부캡 중 별개의 단부캡에 광학적으로 결합되는, 적층 제조 시스템.
  23. 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 단부캡 중 각각의 단부캡은 실린더, 프리즘, 및 마이크로렌즈의 그룹으로부터 선택되는, 적층 제조 시스템.
  24. 제13항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 단부캡 중 각각의 단부캡의 원위 단부의 축방향 위치는 미리 결정된 축방향 위치의 20 μm 이내인, 적층 제조 시스템.
  25. 제13항 내지 제22항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 단부캡은, 다수의 마이크로렌즈부를 포함하는 적어도 하나의 단부캡을 포함하는, 적층 제조 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1996956A2 (en) * 2005-11-18 2008-12-03 Lockheed Martin Corporation Compact collimator lens form for large mode area and low numerical aperture fiber laser applications
US9535211B2 (en) * 2011-12-01 2017-01-03 Raytheon Company Method and apparatus for fiber delivery of high power laser beams
CN106415951B (zh) * 2014-02-26 2019-11-19 陈斌 用于具有可变光束参数积的多光束激光装置的系统和方法
US11399892B2 (en) * 2015-03-19 2022-08-02 Boston Scientific Scimed, Inc. Side-fire laser fiber having a molded reflective surface
US10620446B1 (en) * 2017-09-19 2020-04-14 Northrop Grumman Systems Corporation Endcap array for optical fibers
GB201807830D0 (en) * 2018-05-15 2018-06-27 Renishaw Plc Laser beam scanner
US11360269B2 (en) * 2019-03-04 2022-06-14 Lumentum Operations Llc High-power all fiber telescope
US11500158B2 (en) * 2019-03-13 2022-11-15 Massachusetts Institute Of Technology Fabrication method for endcapped fiber laser pigtails with sub-micron virtual waist positional accuracy
US10630043B1 (en) * 2019-05-14 2020-04-21 Ii-Vi Delaware, Inc. Methods and devices for laser beam parameters sensing and control with fiber-tip integrated systems
EP3976296A4 (en) * 2019-05-28 2023-07-05 Vulcanforms Inc. FIBER OPTIC CONNECTOR FOR AN ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM
KR20220044570A (ko) * 2019-10-07 2022-04-08 리모 게엠베하 레이저 방사선을 발생하는 레이저 장치 및 이러한 레이저 장치를 포함하는 3d 프린팅 장치

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